周朝霞 紀(jì)藝娟

（廈門大學(xué) 嘉庚學(xué)院 信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，福建 漳州 363105）

1 單片機(jī)原理及應(yīng)用課程的傳統(tǒng)教學(xué)方法及教學(xué)現(xiàn)狀

目前，單片機(jī)原理及應(yīng)用課程的教學(xué)主要分兩部分：課堂理論教學(xué)和實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)教學(xué)，具體來(lái)說(shuō)。

(1)課堂理論教學(xué)現(xiàn)在基本不使用傳統(tǒng)的授課方式——老師在講臺(tái)上板書(shū)，而普遍采用多媒體設(shè)備，將上課教學(xué)內(nèi)容制作成PPT，采用演示教學(xué)法。這種同時(shí)具備聲音、視頻效果的教學(xué)方式，使學(xué)生在一定程度上容易理解并接受所講授的內(nèi)容，并對(duì)提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性有一定效果，但對(duì)于單片機(jī)原理及應(yīng)用這門課程，學(xué)生反映很抽象、難懂、難學(xué)，效果很有限[1]。

(2)實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)教學(xué)是在固定的實(shí)驗(yàn)箱上，圍繞單片機(jī)理論課程中的知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行驗(yàn)證性、設(shè)計(jì)性和綜合性的實(shí)驗(yàn)，為讓學(xué)生能更好地理解并掌握知識(shí)點(diǎn)，每次實(shí)驗(yàn)內(nèi)容都較多，再加上實(shí)驗(yàn)箱陳舊，故障率較高，所以學(xué)生一般很少能在有限的實(shí)驗(yàn)課時(shí)內(nèi)完成所有的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。這樣造成不少學(xué)生學(xué)完了單片機(jī)實(shí)驗(yàn)課程后，往往對(duì)實(shí)際操作一知半解，有些理論難點(diǎn)內(nèi)容也是沒(méi)有深入理解、似懂非懂。這種情況，不利于培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立解決實(shí)際問(wèn)題的能力，對(duì)提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣、擴(kuò)展學(xué)生學(xué)習(xí)思路收效也不大，給后續(xù)的課程設(shè)計(jì)、畢業(yè)設(shè)計(jì)及各類競(jìng)賽帶來(lái)一定的麻煩。所以, 目前單片機(jī)課程的教學(xué)現(xiàn)狀不容樂(lè)觀，教學(xué)方式的改革勢(shì)在必行。

2 Proteus和Keil μvision4軟件的簡(jiǎn)介

Proteus是英國(guó)Labcenter公司研發(fā)的多功能EDA[2]。Proteus是模擬電路、數(shù)字電路、模數(shù)混合電路的設(shè)計(jì)與仿真平臺(tái)，也是單片機(jī)系統(tǒng)先進(jìn)的設(shè)計(jì)與仿真平臺(tái)。它真正實(shí)現(xiàn)了在計(jì)算機(jī)上完成從電路設(shè)計(jì)、原理圖繪制、程序代碼聯(lián)合調(diào)試、系統(tǒng)測(cè)試到最后形成PCB板的整個(gè)過(guò)程設(shè)計(jì)，并可進(jìn)行功能驗(yàn)證的仿真。

Keil軟件是美國(guó)Keil Software公司出品的兼容單片機(jī)C語(yǔ)言軟件的開(kāi)發(fā)系統(tǒng)，它支持眾多不同公司的MCS-51架構(gòu)的芯片。它提供了包括C編譯器、宏匯編、連接器、庫(kù)管理和一個(gè)功能強(qiáng)大的仿真調(diào)試器在內(nèi)的完整開(kāi)發(fā)方案，能與Proteus聯(lián)合調(diào)試，給程序代碼的修改提供極大的方便。Keil和Proteus對(duì)單片機(jī)的仿真具有強(qiáng)大的功能，受到電子技術(shù)愛(ài)好者、從事電子與電工教學(xué)的教師及致力單片機(jī)開(kāi)發(fā)應(yīng)用科技工作者的青睞[3]。

3 Proteus和Keil μvision4軟件在單片機(jī)教學(xué)中的應(yīng)用

3.1 單片機(jī)教學(xué)方式改革的效果

（1）在單片機(jī)課堂教學(xué)中使用Proteus和Keil μvision4軟件教學(xué)，以教材為基礎(chǔ)，以每個(gè)知識(shí)點(diǎn)的理解和應(yīng)用為目標(biāo)，我們?cè)O(shè)計(jì)了大量的單片機(jī)仿真實(shí)例（流水燈、數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示、中斷編程、定時(shí)器應(yīng)用等）。上課過(guò)程中通過(guò)多媒體設(shè)備，使用Proteus和Keil軟件演示程序在單片機(jī)中的全速運(yùn)行（run）、斷點(diǎn)運(yùn)行(breakpoints)、單步運(yùn)行（step）等軟件調(diào)試的整個(gè)過(guò)程。這種教學(xué)方式實(shí)現(xiàn)了在課堂上進(jìn)行實(shí)例演示，讓學(xué)生很直觀地體會(huì)到單片機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、仿真、調(diào)試等工作過(guò)程，大大簡(jiǎn)化了單片機(jī)理論知識(shí)點(diǎn)理解的難度，對(duì)提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)積極性有著明顯的作用和效果。

(2)單片機(jī)課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)中由于實(shí)驗(yàn)箱設(shè)備淘汰很快，有些實(shí)驗(yàn)箱故障率較高，嚴(yán)重影響實(shí)驗(yàn)硬件的調(diào)試，加上實(shí)驗(yàn)內(nèi)容很豐富，極少數(shù)學(xué)生能在實(shí)驗(yàn)課堂內(nèi)完成預(yù)定實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，為了能讓學(xué)生不受實(shí)驗(yàn)設(shè)備和實(shí)驗(yàn)課時(shí)的限制，我們倡導(dǎo)學(xué)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)箱硬件連線的要求及所應(yīng)用的元器件模型和外圍設(shè)備模型, 用proteus軟件設(shè)計(jì)仿真原理圖，同時(shí)使用keil軟件對(duì)其進(jìn)行編程調(diào)試，最后通過(guò)仿真儀器的輸出效果對(duì)實(shí)驗(yàn)的結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證。這樣一來(lái)，單片機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)解決了實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限的難題，也使實(shí)踐教學(xué)并不局限在實(shí)驗(yàn)室, 很多實(shí)驗(yàn)內(nèi)容學(xué)生在宿舍、在自己的電腦上就可以完成，大大提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，也增強(qiáng)了學(xué)生獨(dú)立解決實(shí)際難題的能力，為后續(xù)參加電子競(jìng)賽、智能車競(jìng)賽、單片機(jī)競(jìng)賽及各種創(chuàng)新性訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

3.2 Proteus和Keil μvision4聯(lián)合調(diào)試實(shí)例

單片機(jī)的并行I/O口設(shè)計(jì)LED顯示器，學(xué)生普遍反映這部分知識(shí)點(diǎn)很難學(xué)懂、學(xué)透，數(shù)碼管的靜態(tài)顯示方式和動(dòng)態(tài)顯示方式，學(xué)生覺(jué)得比較抽象，理解僅僅局限在字面上，很難把握住本質(zhì)。為了解決這個(gè)問(wèn)題，我們理論上課時(shí)設(shè)計(jì)了一個(gè)數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示仿真實(shí)例。

為了讓學(xué)生完全理解數(shù)碼管動(dòng)態(tài)掃描方式，課堂上我們用Proteus結(jié)合Keil軟件設(shè)置程序斷點(diǎn)運(yùn)行和全速運(yùn)行，運(yùn)行結(jié)果如下：

圖1.數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示HELP全速運(yùn)行仿真實(shí)例

圖2.數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示HELP斷點(diǎn)運(yùn)行部分仿真圖

LED數(shù)碼管動(dòng)態(tài)接口軟件程序流程圖如下：

圖3.軟件程序流程框圖

通過(guò)以上Proteus仿真圖的演示，直觀、形象、生動(dòng)地展現(xiàn)了數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示的工作原理——每位數(shù)碼管循環(huán)輪流點(diǎn)亮（圖2中在Keil軟件設(shè)置斷點(diǎn)運(yùn)行，可明顯觀察到這種現(xiàn)象），但由于掃描時(shí)間很快，利用人眼的暫留特性，看上去好像是四位數(shù)碼管同時(shí)亮（圖1在Keil軟件設(shè)置全速運(yùn)行所觀察到的現(xiàn)象）。這種演示教學(xué)法加深了學(xué)生對(duì)數(shù)碼管動(dòng)態(tài)接口方式下斷點(diǎn)運(yùn)行和全速運(yùn)行時(shí)差別，真正理解了動(dòng)態(tài)掃描方式的整個(gè)工作過(guò)程，改善教學(xué)效果。

4 總結(jié)

在單片機(jī)理論課程和實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)中應(yīng)用Proteus和Keil μvision4仿真軟件，使理論教學(xué)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)融為一體,通過(guò)實(shí)驗(yàn)仿真實(shí)例可形象生動(dòng)地理解理論中的難點(diǎn)和重點(diǎn)，更好地完成單片機(jī)原理及應(yīng)用課程的教學(xué)任務(wù)。另外，單片機(jī)系統(tǒng)使用Proteus仿真和Keil軟件聯(lián)合調(diào)試克服了實(shí)驗(yàn)硬件平臺(tái)的束縛，有效解決學(xué)生理論知識(shí)與實(shí)踐應(yīng)用相脫節(jié)的矛盾，取得很好的教與學(xué)的效果。

[1]許超.基于Proteus和Keil的單片機(jī)課程教學(xué)改革[J].遼寧大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2011,(1): 27-29.

[2]李林雄,彭協(xié)忠.Proteus單片機(jī)仿真虛擬實(shí)驗(yàn)與應(yīng)用[J].中國(guó)人民教師,2006,(4):83-84.

[3]張靖武.單片機(jī)原理應(yīng)用與PROTEUS仿真[M].北京:電子工業(yè)出版社,2008.